煤礦井下供電系統(tǒng)故障點在線監(jiān)測技術(shù)

母殿三

（肥城曹莊煤礦有限公司，山東 肥城271601）

1 設(shè)計原則

1）繼承與發(fā)展相結(jié)合原則

將傳統(tǒng)繼電保護技術(shù)以合適方式平移到智能變電站中，結(jié)合智能變電站特點，在確?？煽啃浴⑦x擇性、靈敏性、速動性等前提下優(yōu)化和集成等新技術(shù)。

2）滿足保護“四性”要求原則

各保護系統(tǒng)的性能應(yīng)滿足繼電保護的基本原則要求，即可靠性、選擇性、靈敏性、速動性。

3）逐步推進原則

對于保護系統(tǒng)的管理應(yīng)適應(yīng)經(jīng)過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合智能變電站保護的特點和發(fā)展方向，逐步推進分布式保護系統(tǒng)新的模型系統(tǒng)和實現(xiàn)方式。

4）一致性和互操作原則

站控層接入采用DL860（IEC61850）標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)站控層互聯(lián)互操作。

5）保持合理冗余原則

關(guān)于過程層采集、傳輸、執(zhí)行單元和數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)，基于保護的配置和通道實現(xiàn)在現(xiàn)階段保證一定冗余配置。采用傳統(tǒng)一次設(shè)備和互感器的變電站，通過按間隔配置分布式保護子機實現(xiàn)過程層功能，以此為基礎(chǔ)按功能分別配置母線、變壓器及線路等設(shè)備的保護主機，構(gòu)建分布式保護系統(tǒng)。

6）實時性和穩(wěn)定性并重原則

加強對實時網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的應(yīng)用研究和GOOSE 和同步網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的交換機及交換系統(tǒng)的定時實時性、安全可靠性研究，保證系統(tǒng)故障時能及時的切開故障和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2 設(shè)計思想

1）可靠性：具有自診斷和自治功能，做到設(shè)備故障早預(yù)防和預(yù)警，自動將供電損失降低到最小程度。

2）信息化：提高可靠、準(zhǔn)確、充分、實時、安全的信息。除傳統(tǒng)“四遙”的電氣量信息外還應(yīng)包括設(shè)備信息、環(huán)境信息、圖像信息等，具有保證站內(nèi)與站外信息訪問安全的功能。

3）數(shù)字化：具備電氣量、非電氣量、安全防護系統(tǒng)和火災(zāi)報警等系統(tǒng)的數(shù)字化采集功能。

4）自動化：實現(xiàn)系統(tǒng)工程數(shù)據(jù)自動生成、二次設(shè)備在線/自動校驗、變電站狀態(tài)檢修等功能。

5）互動化：實現(xiàn)變電站與控制中心之間、變電站與變電站之間、變電站與用戶之間和變電站與其它應(yīng)用需求之間的互聯(lián)、互通和互動。

6）資源整合：通過統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和建模實現(xiàn)變電站內(nèi)外信息交互和信息共享。

3 系統(tǒng)簡介

礦山智能供電系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的信息可充分共享，并通過遠動通信接口實現(xiàn)與外部系統(tǒng)的信息共享。構(gòu)建一個快速、穩(wěn)定、可靠和富有彈性的通信網(wǎng)絡(luò)是系統(tǒng)的基本要求。

智能供電系統(tǒng)選用光纖為基礎(chǔ)構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)，采用現(xiàn)場總線和光纖混合的方案。監(jiān)控分站與環(huán)網(wǎng)通訊平臺間傳輸介質(zhì)采用光纜進行傳輸，監(jiān)控分站井下高壓防爆開關(guān)柜采用礦用阻燃信號電纜進行傳輸，可支持RS485/CAN 等總線。變電所通訊采用IEC60870-5-103 規(guī)約和IEC60870-5-104 規(guī)約，IEC60870-5-103 規(guī)約僅用于傳送變電站繼電保護信息，監(jiān)控信息由IEC60870-5-104 規(guī)約傳送。網(wǎng)絡(luò)傳輸速率為10M/100M/1000M 自適應(yīng)。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

4 系統(tǒng)建設(shè)方案

4.1 千兆環(huán)網(wǎng)升級建設(shè)

主干網(wǎng)絡(luò)采用單模光纖傳輸（傳輸速率1000Mbps），把礦井的設(shè)備控制層各子系統(tǒng)連接到此系統(tǒng)平臺上。此系統(tǒng)往下能對礦井內(nèi)各控制子系統(tǒng)發(fā)布控制命令，監(jiān)視各子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的運行狀態(tài)，收集所需的生產(chǎn)安全參數(shù)，往上能夠通過Web 服務(wù)器聯(lián)接信息管理網(wǎng)，實現(xiàn)生產(chǎn)與管理信息交換。

4.2 系統(tǒng)監(jiān)控平臺建設(shè)

（1）數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計計算：通過現(xiàn)場（I/O）測控單元采集有關(guān)信息，檢測出事件，故障，狀態(tài)，變位信號及模擬量正常，越限信息等，進行包括對數(shù)據(jù)合理性校驗在內(nèi)的各種預(yù)處理，實時更新數(shù)據(jù)庫，其范圍包括模擬量，數(shù)字量和脈沖量等。

（2）報警處理：分事故報警和預(yù)告報警。前者包括非操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號。后者包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量越限/復(fù)限、計算機站控系統(tǒng)的各個部件、間隔層單元的狀態(tài)異常等。

（3）控制操作：具備就地/間隔層/站控層/遠方，多級控制，帶必要的安全檢查和防誤閉鎖。完成對開關(guān)、刀閘的控制；對主變分接頭的調(diào)節(jié)；保護功能壓板的投退；信號復(fù)歸以及設(shè)備的啟停等控制功能。

（4）時鐘同步：電站自動化系統(tǒng)通過配置衛(wèi)星時鐘接收設(shè)備接收GPS 標(biāo)準(zhǔn)授時信號，以對站控層各個工作站及間隔層各智能設(shè)備進行時鐘同步。對間隔層設(shè)備的對時方式采用硬對時和軟對時相結(jié)合的方式，整個系統(tǒng)各裝置時差≯0.5ms，事件順序分辨率在1ms 之內(nèi)。

（5）人機界面：通過顯示器對主要電氣設(shè)備運行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進行監(jiān)視，具有網(wǎng)絡(luò)拓撲分析功能，能對設(shè)備進行動態(tài)著色，確定帶電設(shè)備的顏色。支持動態(tài)潮流和模擬儀表顯示，可通過客戶端腳本制作動畫表示。

（6）遠動功能：具有RTU 的全部功能，遠動信息、主要技術(shù)參數(shù)、信息傳輸方式和通道，符合調(diào)度自動化設(shè)計技術(shù)規(guī)程（DL5003-91、DL5002-91）。

（7）繼電保護和故障信息管理功能：可對各保護裝置進行操作和管理，包括保護定值的召喚和整定；保護運行定值區(qū)的召喚和切換；保護軟壓板和控制字的投退；保護軟件版本號的召喚和查看。在接收到保護裝置的保護告警和保護事故信息后，可按照預(yù)先指定的優(yōu)先級進行信息顯示和向遠方主站轉(zhuǎn)發(fā)，同時存儲在當(dāng)?shù)財?shù)據(jù)庫中。具備對保護動作信息進行分類查詢、檢索等管理功能。在本地子站提供對故障錄波數(shù)據(jù)的錄波分析功能。根據(jù)電網(wǎng)故障信息進行故障選線、故障選相、故障測距，以及諧波分析、序分量分析、裝置動作評判（繼電器動作軌跡分析）和電網(wǎng)故障診斷等。

（8）防越級跳閘系統(tǒng)管理功能：采用專用千兆以太網(wǎng)，與千兆主網(wǎng)互為冗余配置，增加保護安全可靠性。靈活的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，不受運行方式影響。保護定值自診斷、比對功能。故障點實時推送畫面。網(wǎng)絡(luò)故障自診斷。

（9）電壓無功自動控制調(diào)節(jié)功能（AVQC）：計算機監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)的測量值和設(shè)備運行情況，結(jié)合預(yù)先設(shè)定的控制方案和各種參數(shù)指標(biāo)進行綜合判斷計算后，實現(xiàn)對電抗器或電容器斷路器發(fā)出投入或切除指令。實現(xiàn)對電網(wǎng)電壓和功率因數(shù)的自動調(diào)節(jié)，使其在允許的范圍內(nèi)變化。

4.3 故障定位系統(tǒng)

通過數(shù)字化的采集系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)化的傳輸設(shè)備將各個通訊分站的故障信息傳輸?shù)胶笈_監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)的分析軟件根據(jù)饋線保護裝置上送的各條線路的零序基波分量的幅值和方向進行綜合分析，確定單相接地線路，并可根據(jù)用戶需要對接地線路進行試跳選線以消除單相接地故障。同時結(jié)合電纜故障測試儀向用戶提供常用的“低壓脈沖法”和“高壓閃絡(luò)法”來測量電纜故障，準(zhǔn)確的定位故障點。

5 效果分析

本系統(tǒng)實現(xiàn)了實時監(jiān)測井下供電系統(tǒng)各級電壓值，負載電流值，功率值及開關(guān)的運行狀態(tài)，并能查看數(shù)值歷史曲線；能對各高低壓開關(guān)的保護值進行整定和在線修改，通過在客戶機端的操作實現(xiàn)遠程分合閘；能夠?qū)码娋W(wǎng)的數(shù)據(jù)實時采集處理，對其出現(xiàn)的短路、過載、過壓、漏電等各種系統(tǒng)故障進行實時告警和定位。

［1］雷煌.煤礦井下電網(wǎng)漏電電流的確定及保護技術(shù)分析[J].煤礦機械,2004(08).

［2］崔寧.電力系統(tǒng)微機測控技術(shù)研究[D].中國石油大學(xué),2007.